IEE 규정에 의한 전기기술자 가이드 - 어스 전극

어스 전극

왜 어스 전극을 가져야 하는가?

어스의 원리는 지구 땅덩어리를 기준(영: zero) 전위로 생각하는 것이다. 그래서 그것과 직접 연결된 것은 영 전위가 되거나 연결 시스템(예를 들면 폴트전류를 운반하는 보호도체)의 전압강하에 의한 약간의 전압 위에 있게 될 것이다. 어스 전극의 목적은 땅덩어리와 연결하는 것이다.

지하 매설 전원공급과 다중보호 어스(PME: protective multiple earthing))의 증가로 소비자들은 어스 전극을 사용해서 땅과 접촉하는방식으로 어스 하기보다 오히려 (전력회사에서 제공하는) 어스 터미널을 이용하여 어스하는 것이 더 일반화되고 있다.

어스 전극의 형태

어스 전극으로 용납할 수 있는 것들은 막대, 관, 방석, 테이프, 선, 판과 철제 구조물들로써 땅에 묻거나 박거나 깐 것이다. 가스나 물을 공급하는 파이프와 같은 공공 서비스 파이프는 어스 전극으로 사용될 수 없다(제공자의 허락을 받으면 사용할 수 있겠으나 그것이 계속 플라스틱으로 바뀌기 때문에 어스가 될 수 없을 것이다). 매설하는 케이블의 덮개나 갑주는 그것의 소유자의 승인 아래 사용될 수 있을 것이지만 설치 책임자가 케이블을 바꿀 때, 예를 들면, 그 타입을 금속 덮개가 아닌 것으로 바꿀 때 사용자에게 알리겠다는 약정을 받고 어스로 사용해야 할 것이다.

어스 전극의 효력은 지구 땅덩어리와 좋은 접촉을 만드는 것에 있는데 흙이나 습기 등에 달려있다. 영속적인 습한 상태는 땅과 좋은 접촉을 제공하지만 그럴수록 전극의 부식에 의한 수명 제한이 뒤따르게 된다. 만약 전극이 묻힌 땅이 얼어 버린다면 어스 저항값이 늘어나기 좋을 것이다. 영국의 대부분 지역에서 어스 저항은 1Ω에서 5Ω에 분포되어 용납할 수 있다고 생각한다. 어스 전극의 저항 값을 재는 것은 *{8.6.1}에서 다루어 질 것이며, 대지까지의 저항은 220Ω을 넘지 않아야 한다. 어스 전극에 이르는 어스 도체와 그 연결은 기계적 손상이나 부식으로부터 보호되어야 한다. 우연한 연결의 끊김은 그림 5.17에 보인 것과 같이 레이블을 영구적으로 붙여 경고함으로써 방지해야 한다.

*{8.6.1} – 어스 전극의 시험

어스 전극은 지구 땅덩어리와 연결하는데 쓰이는 것이다. 그래서 좋은 접촉을 만든다는 보장을 위해 시험한다. 주된 관점은 어스 전극의 저항이 높지 않아서 어스한 금속물체에서 어스에 이르는 전위차가 50V이내로 되는 것을 보장하는 것이다. RCD(residual current device)가 사용될 때에는 이것은 정상적인 마른(건조한) 상태에서 RCD 동작 전류를 어스 저항과 곱하여 50V를 넘지 않아야 하며, 건설 사이트나 농사 시설에서는 25V를 넘지 않아야 한다.

만약 30mA RCD가 사용되면 최대 어스 저항은 1,666Ω이 될 것이지만, 그렇다 해도 어스 전극의 저항 값은 200Ω을 넘지 않아야 한다는 것이 권장사항이다. BS 7430 (어스 실시 규정)에는 수정안으로 최대 100Ω을 제안하고 있다.

어스 전극 저항 시험에는 몇 가지 방법이 있는데, 모든 경우에서 시험 진행 전에 전극을 어스 시스템과 분리를 해서 연결을 끊어주어야 한다.

그림 8.13 - 주어진 테스터 의한 어스 전극 저항 측정

1. 주어진 어스 전극 저항 테스터에 의한 측정

장비는 그림 {8.13}에서와 같이 테스터의 터미널 C1과 P1은 시험할 전극에 연결한다. 시험 결과에 테스트 리드가 영향을 안주기 위해 이 연결은 따로따로 해야 한다. 만약 리드의 저항을 무시할 수 있다면 장비에서 다리를 놓고 한 개의 리드로 연결한다.

터미널 C2와 P2는 땅에 시험 전극에서 직선상에 놓이게 박힌 임시적인 대못 두 개에 각각 연결한다. 중요한 것은 각 대못과 시험 전극이 서로 충분히 멀리 떨어져 있어야 한다는 것이다. 만약 그들 저항의 영향이 중첩되는 경우에는 저항 읽은 값이 {그림 8.14}에서 보여주는 이유로 달라지게 될 것이다. 일반적으로 X와 Y의 거리는 25m 가량이지만 이것은 땅의 저항 성질에 따라 다르다. 저항 영향이 중첩되지 않게 하려면, Z 점이 X와 Y의 중점에서 전체 거리의 10% 안팎에 있도록 하면 된다. 10% 안에 박을 때, 가운데에 박을 때 그리고 10% 밖에 박을 때 각각 읽은 저항 값이 대체로 일치할 때 이 저항 값이 측정할 어스 전극의 저항 값이 된다. 그렇지 않으면 Y와 Z는 더 멀리 옮겨서 시험을 다시 해야 한다.

테스터는 전기분해 효과를 방지하기 위하여 교류 출력을 제공한다. 만약 임시적인 대못의 어스 저항이 너무 크다면, 대못들을 더 깊게 박는다거나 축축하게 하여 저항을 줄인다.

그림 8.14 - 저항 영향의 중첩효과 a)중첩이 없을 때 b) 중첩이 있을때

2. 변압기와 암페어미터 그리고 볼트미터에 의한 측정

이 시스템은 {그림 8.15}와 같이 연결한다. X와 Y 사이의 전류는 저항 R을 조정하여 계산하기 쉬운 값이 되도록 한다. X와 Y 사이의 전압을 재서 다음 식에 의하여 계산한다.

R = V/A

측정은 1에서 한 것과 같은 요령으로 한다. 중요한 것은 여기서 사용하는 전압계가 높은 임피던스(적어도 200Ω/V)라야 한다는 것이다. 만약 낮은 임피던스라면 시험 결과는 거짓이 될 것이다.

그림 8.15 - 변압기, 전류계 및 전압계를 사용한 어스 전극의 저항 측정

그림 8.16 - 어스폴트 고리 임피던스 데스터에 의한 어스 전극의 저항 측정

3. 어스폴트 고리 임피던스 테스터로 재는 방법

테스터는 상 도체의 설치의 근원점과 측정하려는 어스 전극에 {그림 8.16} 과 같이 연결한다. 임피던스를 측정한다. 측정한 값은 상 도체의 칠이나 녹에 의한 저항 값도 포함된다. 50V를 초과하지 않는가도 판별할 것이다. 만약 누설 전류 장치(RCD)가 설치되어 있다면 어스 저항에 의한 전류가 누전으로 인식되지 않는 범위의 어스 저항인 경우만 측정 가능할 것이다.

가장 중요한 것은 측정을 마친 뒤에, 모든 어스 도체와 등전위 본딩은 원래대로 다시 연결해 놓아야 한다는 것이다.